„Hitlerova kyselina“ je hovorový název používaný k označení kyseliny orthokarbonové – název inspirovaný skutečností, že molekula svým vzhledem připomíná hákový kříž. Chemické sloučeniny jsou poměrně exotické a chemici si stále nejsou jisti, jak je vytvořit v laboratorních podmínkách.
Ale náhodou by se tato kyselina mohla vyskytovat v nitru planet jako Uran a Neptun. Podle a nedávné studie od týmu ruských chemiků by podmínky uvnitř Uranu a Neptunu mohly být ideální pro vytváření exotických molekulárních a polymerních sloučenin a jejich udržování ve stabilních podmínkách.
Studii vytvořili vědci z Moskevský institut fyziky a technologie (MIPT) a Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech). Článek s názvem „Nové stabilní sloučeniny v ternárním systému C-H-O při vysokém tlaku“ popisuje, jak by prostředí s vysokým tlakem uvnitř planet mohlo vytvořit sloučeniny, které neexistují nikde jinde ve Sluneční soustavě.
Kyselina ortokarbonová (také známá jako Hitlerova kyselina). Kredit: Moskevský institut fyziky a technologie
Profesor Artem Oganov – profesor na Skoltech a vedoucí laboratoře MIPT Computational Materials Discovery Lab – je hlavním autorem studie. Před lety on a tým výzkumníků vyvinul nejvýkonnější algoritmus na světě pro předpovídání tvorby krystalových struktur a chemických sloučenin za extrémních podmínek.
Známý jako Universal Structure Predictor: Evoluční xtalografie (UPSEX), vědci od té doby používají tento algoritmus k předpovídání existence látek, které jsou v klasické chemii považovány za nemožné, ale které by mohly existovat tam, kde jsou dostatečně vysoké tlaky a teploty – tedy uvnitř planety.
S pomocí Gabriele Saleh, postdoktorandky MIPT a spoluautorky článku, se oba rozhodli použít tento algoritmus ke studiu toho, jak by se systém uhlík-vodík-kyslík choval pod vysokým tlakem. Tyto prvky jsou v naší sluneční soustavě hojné a jsou základem organické chemie.
Až dosud nebylo jasné, jak se tyto prvky chovají, když jsou vystaveny extrémním teplotám a tlaku. Zjistili, že v těchto typech extrémních podmínek, které jsou v plynných obrech normou, tvoří tyto prvky skutečně exotické sloučeniny.
Schéma vnitřní struktury Uranu. Kredit: Moskevský institut fyziky a technologie
Jak vysvětlil prof. Oganov v a Tisková zpráva MIPT :
„Menší plynní obři – Uran a Neptun – se skládají převážně z uhlíku, vodíku a kyslíku. Zjistili jsme, že při tlaku několika milionů atmosfér by se v jejich vnitřku měly tvořit neočekávané sloučeniny. Jádra těchto planet mohou z velké části sestávat z těchto exotických materiálů.“
Za normálního tlaku – tedy toho, co zažíváme zde na Zemi (100 kPa) – jsou všechny sloučeniny uhlíku, vodíku nebo kyslíku (s výjimkou metanu, vody a CO²) nestabilní. Ale při tlacích v rozsahu 1 až 400 GPa (10 000 až 4 milionynásobek normálu Země) se stanou dostatečně stabilními, aby vytvořily několik nových látek.
Patří mezi ně kyselina uhličitá, kyselina orthokarbonová (Hitlerova kyselina) a další vzácné sloučeniny. Bylo to velmi neobvyklé zjištění, vezmeme-li v úvahu, že tyto chemikálie jsou za normálních tlakových podmínek nestabilní. V případě kyseliny uhličité může zůstat stabilní pouze při velmi nízkých teplotách ve vakuu.
Schéma vnitřní struktury Neptunu. Kredit: Moskevský institut fyziky a technologie
Při tlacích 314 GPa zjistili, že kyselina uhličitá (H²CO³) bude reagovat s vodou za vzniku kyseliny orthokarbonové (H4CO4). Tato kyselina je také extrémně nestabilní a vědci ji zatím nedokázali vyrobit v laboratorním prostředí.
Tento výzkum má značný význam, pokud jde o modelování nitra planet jako Uran a Neptun. Jako všichni plynní obři zůstala struktura a složení jejich nitra kvůli jejich nepřístupnosti předmětem spekulací. Ale mohlo by to mít také důsledky při hledání života mimo Zemi.
Podle Oganova a Saleha zažívají tyto typy tlakových podmínek také vnitřky mnoha měsíců, které obíhají plynné obry (jako je Europa, Ganymed a Enceladus). Vědomí, že tyto druhy exotických sloučenin by mohly existovat v jejich útrobách, pravděpodobně změní to, co si vědci myslí, že se odehrává pod jejich ledovým povrchem.
'Dříve se předpokládalo, že oceány v těchto satelitech jsou v přímém kontaktu s kamenným jádrem a došlo mezi nimi k chemické reakci,' řekl Oganov. „Naše studie ukazuje, že jádro by mělo být ‚zabalené‘ do vrstvy krystalizované kyseliny uhličité, což znamená, že reakce mezi jádrem a oceánem by byla nemožná.“
Popraskaný ledový povrch Evropy zachycený kosmickou lodí Galileo NASA v roce 1998. Uznání: NASA/JPL-Caltech/SETI
Vědci už nějakou dobu pochopili, že při vysokých teplotách a tlacích se vlastnosti hmoty dost drasticky mění. A zatímco tady na Zemi jsou atmosférický tlak a teploty docela stabilní (tak, jak je máme rádi!), situace ve vnější Sluneční soustavě je hodně odlišná.
Modelováním toho, co se může za těchto podmínek vyskytnout, a znalostí toho, o jaké chemické stavební bloky jde, bychom mohli být schopni určit se slušným stupněm jistoty, jak vypadá vnitřek nepřístupných těl. To nám dá práci, až přijde den (doufejme, že brzy), že je budeme moci přímo prozkoumat.
Kdo ví? V příštích letech bude a mise do Evropy může zjistit, že hranice jádra a pláště nakonec není obyvatelné prostředí. Spíše než vodním prostředím udržovaným v teple hydrotermální činností by to mohla být silná vrstva chemické polévky.
Pak znovu můžeme zjistit, že interakce těchto chemikálií s geotermální energií by mohla vytvořit organický život, který je ještě exotičtější!
Další čtení: MIPT , Nature Scientific Reports